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眾所周知，癌癥具有很強(qiáng)的異質(zhì)性，癌癥的分型對(duì)其診斷治療具有重要意義，也是癌癥研究的一個(gè)經(jīng)典方向。目前研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，乳腺癌可以劃分為不同亞型，它們之間具有巨大差異，而同乳腺癌相似，膀胱癌和前列腺癌等上皮性惡性腫瘤都可根據(jù)基因組或表型特征區(qū)分亞型。因此小編今天和大家分享一篇今年五月剛剛發(fā)表在Clin Cancer Res（IF:12.531）雜志上的關(guān)于前列腺癌分型的文章。文章從數(shù)據(jù)到核心分型方法都是從公共資源獲取的，卻發(fā)了12+，是一篇非常具有參考意義的生信分型文章。
Therapeutic Implications for Intrinsic Phenotype Classification of Metastatic Castration Resistant Prostate Cancer
轉(zhuǎn)移去勢(shì)抵抗性前列腺癌固有表型分類的治療
摘要
研究將轉(zhuǎn)移性去勢(shì)抵抗性前列腺癌(mCRPCs)劃分為與固有分化狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的分子表型，并分析了這些亞型的用藥特征與治療結(jié)果。研究使用RNAseq數(shù)據(jù)、數(shù)字空間譜系(digital spatial profiling，DSP)和組織學(xué)評(píng)估結(jié)果，將mCRPCs隊(duì)列通過(guò)PAM50乳腺癌分類算法定義亞型。并探索了亞型與臨床前模型和患者治療反應(yīng)之間的關(guān)系。文章利用PAM50算法，最終將270例mCRPC腫瘤劃分為L(zhǎng)umA、LumB和Basal亞型，這些分類主要由增殖率和雄激素受體(AR)活性決定。同時(shí)，文章也介紹了基于細(xì)胞分化狀態(tài)的mCRPC亞型在識(shí)別具有不同治療靶點(diǎn)和系統(tǒng)治療反應(yīng)患者方面的潛在臨床應(yīng)用價(jià)值。
有用的背景介紹
在介紹文章主要內(nèi)容前，小編先補(bǔ)充下，文章中提到的PAM50乳腺癌分類算法。在癌癥分型中，比較簡(jiǎn)單的癌癥分類是根據(jù)一個(gè)基因來(lái)劃分，比如ER陽(yáng)性或者ER陰性乳腺癌。然而，并不是所有人類蛋白編碼基因都可以用作常用的分類，乳腺癌常用的就是ER,HER2,PR等，如果這3個(gè)基因都不表達(dá)，就是臨床里面比較惡性的三陰性乳腺癌。目前乳腺癌通過(guò)IHC分型（檢查具體基因表達(dá)量）方法被劃分為激素受體（ER、PR）陽(yáng)性組和陰性組，然后各自劃分2個(gè)組，最終劃分為：激素受體（ER、PR）陽(yáng)性組，包括：LumA型、LumB型。以及激素受體（ER、PR）陰性組，包括HER2過(guò)表達(dá)型及Basal型?？梢园l(fā)現(xiàn)，IHC檢測(cè)的是蛋白表達(dá)水平，而研究通常是拿到的mRNA水平的表達(dá)矩陣，陽(yáng)性和陰性這樣的二元分類會(huì)量化成為具體的表達(dá)量數(shù)值，進(jìn)而根據(jù)表達(dá)矩陣來(lái)進(jìn)行癌癥亞型的劃分，也就是分子分型(GEP)，其中乳腺癌領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的就是基于PAM50的GEP分型，其可將乳腺癌分為不同的亞型。簡(jiǎn)單介紹一下它的分型原理：研究使用4個(gè)基因表達(dá)芯片數(shù)據(jù)集，定義1906個(gè)固有（intrinsic）基因，并對(duì)189個(gè)患者的這些基因的表達(dá)矩陣進(jìn)行層次聚類，使用SigClust對(duì)層次聚類結(jié)果劃分，得到9個(gè)cluster，包含 luminal A , luminal B, HER2-enriched , normal-like，和 Basal-lik類。然后進(jìn)行基因集精簡(jiǎn)，每個(gè)分組選擇top10的基因，最終得到5個(gè)分組的共50個(gè)基因。
數(shù)據(jù)及方法
1. 轉(zhuǎn)錄組分析：文章在轉(zhuǎn)錄組層面收集了四套數(shù)據(jù)1）2019年Abida等人發(fā)表的SU2C/PCF隊(duì)列中活檢組織的RNAseq數(shù)據(jù)并進(jìn)行了排序和對(duì)齊。2）Brady等人發(fā)表的UW mCRPC隊(duì)列腫瘤組織的RNAseq數(shù)據(jù)和DSP數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了排序和對(duì)齊。3）Kumar等人2016發(fā)表的UW mCRPC隊(duì)列的腫瘤芯片數(shù)據(jù)。4）Labrecque等人所述的LuCaP PDX RNAseq數(shù)據(jù)，也進(jìn)行了測(cè)序和比對(duì)。此外，研究使用轉(zhuǎn)錄豐度作為R包edgeR和limma的輸入，來(lái)評(píng)估差異表達(dá)。研究將腫瘤劃分為PAM50類別，并將分類限制在LumA, LumB和Basal，去除了Her2和Normal樣本。
2. 基因組分析：文章在基因組層面通過(guò)外顯子組數(shù)據(jù)確定SU2C/PCF隊(duì)列中RB1和TP53雙等位基因缺失、AR擴(kuò)增和AR突變。此外，研究也確定了CDK12的雙等位基因缺失和核心同源性DNA修復(fù)基因(HRG)以及COSMIC突變的“Signature3”(CSig3)狀態(tài)以及TMPRSS2-ERG (T2-ERG)融合狀態(tài)。AR剪切則是使用STAR包中的sjFromSAMcollapseUandM awk腳本從STARaligned BAM文件中提取。
3. 組織形態(tài)學(xué)評(píng)估：研究中兩位病理學(xué)家對(duì)142例有相應(yīng)RNAseq數(shù)據(jù)的腫瘤組織切片進(jìn)行獨(dú)立評(píng)估。所有切片均使用掃描儀進(jìn)行數(shù)字化，進(jìn)而評(píng)估腫瘤形態(tài)并將其分為腺癌、未特別指定的高級(jí)別癌(NOS)、高級(jí)別神經(jīng)內(nèi)分泌癌等。
主要內(nèi)容及結(jié)果
1.根據(jù)PAM50基因表達(dá)特征對(duì)轉(zhuǎn)移性前列腺癌進(jìn)行分類
在文章的第一部分，作者對(duì)mCRPC的分型進(jìn)行了介紹。文章分析了SU2C及TCGA等多個(gè)隊(duì)列的mCRPC患者轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù),使用PAM50算法，通過(guò)PAM50基因組中基因的表達(dá)水平，將mCRPCs歸為Basal,LumA, LumB三類(圖1A)。此外，作者也在Basal mCRPCs中觀察到AR水平的顯著降低及AR活性的喪失（圖1B,C）。作者分析也發(fā)現(xiàn)LumB和Basal癌的增殖指數(shù)明顯更高(圖1D,E)。接下來(lái)，作者分析了基于PAM50的分類與基于AR/NE程序活動(dòng)的mCRPC分類之間的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)NE相關(guān)基因的表達(dá)在Basal腫瘤中略微富集，不過(guò)Basal腫瘤中包括具有和不具有NE特征的腫瘤（圖1F）。而SU2C隊(duì)列中，大多數(shù)mCRPCs被歸類為AR+/NE-，近50%歸類為L(zhǎng)umA，其余分為L(zhǎng)umB和Basal（圖1G）。作者進(jìn)一步觀察也發(fā)現(xiàn)對(duì)于大多數(shù)常見的基因組改變，如TP53腫瘤抑制因子缺失和同源定向DNA修復(fù)(HRR)基因突變，在PAM50亞型之間的表達(dá)沒(méi)有顯著差異（圖1H）。
2. PAM50分類的mCRPCs具有明顯的特征
在文章的第二部分，作者試圖識(shí)別基于PAM50分類的腫瘤亞型的其他特征。作者首先確定了每個(gè)PAM50亞型特有的差異表達(dá)基因（圖2A）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Basal亞型有3889個(gè)基因上調(diào)，3892個(gè)基因下調(diào)，LumA亞型有2252個(gè)基因上調(diào)，1924個(gè)基因下調(diào)，LumB亞型有2902個(gè)基因上調(diào)，3222個(gè)基因下調(diào)（圖2B,C）。作者也發(fā)現(xiàn)Basal亞型中AR調(diào)控基因差異減少，而增殖相關(guān)基因在LumA亞型中差異減少（圖2D-F）。進(jìn)一步分析作者也發(fā)現(xiàn)LumA亞型富集的通路包括TGF?信號(hào)、血管生成和NOTCH信號(hào)，而DNA修復(fù)和糖酵解通路活性降低(圖2G)。LumB亞型腫瘤顯著增加MYC活性、脂肪酸代謝、膽固醇穩(wěn)態(tài)、氧化磷酸化、糖酵解等通路(圖2G,H)。Basal亞型腫瘤表現(xiàn)為TNFA通路活性升高、炎癥反應(yīng)以及與成體干細(xì)胞狀態(tài)相關(guān)的基因表達(dá)增加(圖2G,I)。此外，研究也觀察到具有篩狀特征的腺癌在 LumA亞型中顯著富集（圖2J,K）。
3. PAM50分類在個(gè)體和腫瘤內(nèi)的一致性和不一致性
在文章的第三部分，作者為了確定在不同轉(zhuǎn)移部位的單個(gè)患者中PAM50分類是否存在差異，評(píng)估了58例mCRPC男性患者的腫瘤，并獲得了多個(gè)轉(zhuǎn)移瘤，作者在圖3A 概括了SU2C的PAM50分類譜，作者發(fā)現(xiàn)60%患者的所有腫瘤都接受了相同的PAM50分類，即腫瘤個(gè)體內(nèi)異質(zhì)性總體程度較低(圖3B)。接著作者為了評(píng)估原發(fā)腫瘤表型和相應(yīng)轉(zhuǎn)移瘤之間的關(guān)系，分析了UW隊(duì)列中的19名患者，這些患者分析了尸檢時(shí)原發(fā)腫瘤和轉(zhuǎn)移瘤的轉(zhuǎn)錄譜，最終分型結(jié)果如圖3C所示。為了進(jìn)一步評(píng)估PAM50分類的異質(zhì)性程度，作者繼續(xù)分析了通過(guò)轉(zhuǎn)移性CRPC腫瘤間和腫瘤內(nèi)多個(gè)感興趣區(qū)域(ROIs)的DSP獲得的基因表達(dá)數(shù)據(jù)集，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RNAseq和基于DSP的PAM50分類基本一致(圖3D,E)。通過(guò)DSP分析，也觀察到11名男性所有腫瘤的ROIs均為相同的PAM50分型（圖3F）。
4. PAM50分型相關(guān)的藥物靶點(diǎn)和治療結(jié)局
在文章的最后一部分，作者對(duì)PAM50分型相關(guān)的藥物靶點(diǎn)和治療結(jié)局進(jìn)行了分析。分析發(fā)現(xiàn)PAM50亞型之間有1134個(gè)基因差異表達(dá)，這表明其可用藥通路和基因存在顯著差異（圖4A）。作者也發(fā)現(xiàn)，MYC通路在LumB腫瘤中顯著增加(圖2H)， CDK4的表達(dá)(圖4B)也是如此。此外，糖皮質(zhì)激素受體在LumA腫瘤中差異上調(diào)(圖4C)。分析也發(fā)現(xiàn)布魯頓酪氨酸激酶( BTK)表達(dá)在Basal腫瘤中差異增高(圖4D)。此外，結(jié)果也展示幾個(gè)細(xì)胞表面蛋白在不同的PAM50亞型中差異表達(dá)，包括STEAP在LumA和LumB腫瘤中高表達(dá)，F(xiàn)OLH1/PSMA在LumA亞型腫瘤中高度表達(dá)(圖4E-J)。接下來(lái)作者為了確定前列腺癌亞型是否與治療反應(yīng)相關(guān)，利用RNAseq數(shù)據(jù)對(duì)一組前列腺癌異種移植(PDX)患者應(yīng)用PAM50分類器，分類結(jié)果如圖5A所示。接下來(lái)，作者評(píng)估了PAM50組在PDX腫瘤中的差異表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在PDX和LumA患者腫瘤中均有905個(gè)基因上調(diào)，在LumB中有1055個(gè)基因上調(diào)，在Basal中有2502個(gè)基因上調(diào)(圖5B)。此外研究也發(fā)現(xiàn)分類為L(zhǎng)umA和LumB的PDXs對(duì)ADT的緩解率明顯高于Basal亞型腫瘤(圖5D)，且對(duì)SPT的反應(yīng)趨于顯著(圖5E)。對(duì)于多西他賽，LumA腫瘤表現(xiàn)出較高的緩解率(圖5F-H)。研究也發(fā)現(xiàn)在SU2C mCRPC隊(duì)列中，有99例患者接受了AR通路信號(hào)抑制劑，被歸類為L(zhǎng)umA的腫瘤患者在開始使用這些藥物治療后的總生存期為30.7個(gè)月，而LumB腫瘤患者為17.6個(gè)月，Basal腫瘤患者為17.7個(gè)月（圖6A），且LumA亞型腫瘤患者治療的中位時(shí)間也更長(zhǎng)（圖6B）。作者也對(duì)58例患者進(jìn)行了多個(gè)腫瘤評(píng)估(圖6C)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與Basal亞型相比，LumA患者接受多西他賽治療的時(shí)間更長(zhǎng)(圖6D)。當(dāng)LumA和LumB合并時(shí)，Basal腫瘤患者多西他賽治療時(shí)間明顯短于Luminal腫瘤(圖6E)。
到這里這篇文章的主要內(nèi)容就介紹完了，文章納入多套公共數(shù)據(jù)集，借鑒乳腺癌的分類算法對(duì)轉(zhuǎn)移性去勢(shì)抵抗性前列腺癌進(jìn)行了分型分析。由于癌癥具有非常強(qiáng)的異質(zhì)性，因此癌癥的分型一直是癌癥研究的經(jīng)典方向，這篇文章用到的方法并不復(fù)雜，分析的也基本是公共數(shù)據(jù)，卻發(fā)到了12+，是一篇非常值得參考借鑒的純生信分型文章。此外，文章假設(shè)合理，邏輯清晰，內(nèi)容充實(shí)，也同樣值得我們學(xué)習(xí)。
